Достоверность прогноза работы конструкций - залог эксплуатационной надежности зданий и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Достоверность прогноза работы конструкций - залог эксплуатационной надежности зданий и сооружений

Азберген М.И., Жанат Н., Шайхиева З.

Таразский государственный университет имени М.Х.Дулати, г.Тараз.

Ключевой отраслью экономики является строительная индустрия, от уровня развития которой зависит степень устойчивого развития Казахстана.

Нацеленная на культивирование новой индустрии ускоренная технологическая модернизация экономики, условием становления которой признается поддержка инноваций и быстрое внедрение их в производство, о чем оглашено в Послании Президента страны народу Казахстана [1], ставит новые задачи и в области строительного комплекса - повышение эффективности проектирования и эксплуатационной надежности зданий и сооружений, что во многом определяются достоверностью прогноза поведения их оснований. Используемые при этом методы расчета, как правило, базируются на данных экспериментальных исследований грунтов и требуют постоянного совершенствования.

Грунты оснований зданий и сооружений, возведенных на плитном фундаменте, работают в условиях трехосной компрессии. Для подобных сооружений расчеты осадки оснований можно проводить с использованием модели дисперно-фазовой среды.

Согласно модели дисперсно-фазовой среды [2] твердые минеральные частицы, составляющие скелет грунта, и поровая вода абсолютно несжимаемы. Механически частицы скелета взаимодействуют только по площадкам контакта, а любая деформация грунта считается результатом их относительных перемещений. Объемное сжатие (уплотнение) грунта приводит к уменьшению объема пор в единице объема и увеличению содержания твердой фазы. Следовательно, объемные деформации грунта, необходимые для прогноза осадки основания, могут быть рассчитаны по изменению их фазовых характеристик.

Нетрудно представить, что объем твердых частиц грунтового элемента до сжатия равен

, (1)

грунт осадка здание сооружение

а после сжатия

, (2)

где h_o - первоначальная высота грунтового элемента; А - площадь поперечного сечения грунтового элемента; e_o - начальный коэффициент пористости грунта; e_i - коэффициент пористости после сжатия; S - осадка грунтового элемента при компрессионном сжатии.

Поскольку по дисперсно-фазовой модели твердые частицы считаются несжимаемыми, то их объем в грунтовом элементе при компрессии останется постоянным. Тогда, приравняв правые части выражений (1) и (2), получим

, (3)

откуда вытекает зависимость, связывающая осадки грунта с изменяющимися в процессе сжатия коэффициентом пористости:

. (4)

При расчете осадки оснований сооружений коэффициенты e_o и e_i в выражении (4) отражают соответственно коэффициенты пористости грунтового элемента, уплотненного от действия напряжения собственного веса грунта и после приложения дополнительного вертикального давления . Для i-го слоя грунта основания коэффициенты пористости могут быть определены как

; (5)

, (6)

где и - плотность частиц грунта и плотность сухого грунта i-го слоя основания; и - объемные деформации грунта i-го слоя основания от действия их собственного веса и после приложения дополнительной нагрузки.

Подставив значения коэффициентов пористости из выражений (5) и (6) в (4) и проведя несложные преобразования, можно записать выражение для определения осадки основания в следующем виде:

. (7)

Объемные деформации грунта, соответствующие условиям трехосной компрессии, определяются как

; (8)

, (9)

где - коэффициент бокового давления; a и b - экспериментальные параметры. Если основание сложено различными слоями грунтов, что часто встречается на практике, то параметры получают испытаниями каждого из них в отдельности.

При расчете осадки оснований зданий и сооружений, подвергающихся воздействию циклической нагрузки, объемные деформации согласно [3] складываются из суммы двух деформаций:

. (10)

Дополнительные объемные деформации при N циклах нагружения определяются как

, (11)

где - экспериментальный параметр.

Величины дополнительных пластических объемных деформаций от первого цикла нагружения () по результатам экспериментов хорошо аппроксимируются выражениями

, (12)

где - среднее давление; , , - экспериментальные параметры; - степень разгрузки (здесь - суммарное давление; - циклическая составляющая среднего давления).

Предлагаемая методика расчета основания с использованием дисперсно-фазовой модели грунта позволит повысить достоверность прогноза осадки зданий и сооружений при циклических воздействиях, что приведет к снижению эксплуатационных расходов.

Список литературы

1. Послание Президента Республики Казахстан Н.Назарбаева народу Казахстана «Третья модернизация Казахстана: глобальная конкурентоспособность», 31 января 2017 г.

2. Гольдштейн М.Н., Царьков А.А., Черкасов И.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Транспорт, 1981. -267с.

3. Воронцов Э.И., Азбергенов М.И. Оценка влияния циклического нагружения песчаных грунтов на их деформацию / Сб. научных трудов Гидропроекта, вып. 124. - Москва: 1987, с.56-61.

Размещено на Allbest.ru